ПРЯМОЗУБАЯ ЦИЛИНДРИЧЕСКАЯ ПЕРЕДАЧА Российский патент 1994 года по МПК F16H1/08 

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано для передачи движения с заданным передаточным числом в условиях повышенных требований к плавности и надежности работы.

Известны прямозубые цилиндрические передачи с повышенной плавностью работы, состоящие из двух зубчатых колес, у которых плавность работы достигается конструктивным изменением формы наружных поверхностей зубчатых венцов [1,2].

Известна прямозубая цилиндрическая передача, содержащая зацепляющиеся между собой зубчатые колеса, наружные поверхности зубчатых венцов, которых выполнены с коническими фасками, расположенными симметрично средней плоскости колес [3].

Недостаток этой передачи - периодическое изменение общей длины контактных линий с величиной b_w, равной ширине зубчатого венца на начальном цилиндре, до величины (b_w+b_a), что приводит к периодическому изменению жесткости зацепления, изменение которой является одной из причин снижения плавности работы, где b_а - ширина зубчатого венца на окружности вершин зубьев. Вторым недостатком является то, что для передач средней и низкой точности, когда возможна резкая концентрация нагрузки по длине зуба, коэффициент концентрации нагрузки не имеет минимального значения, т.е. прочность зуба на изгиб у прототипа хотя и выше, чем у традиционной передачи, но не достигает наивысшего значения. Третий недостаток - снижение качества передач из-за возникновения забоев на острых вершинах больших оснований конических фасок в процессе изготовления, транспортировки, погрузки-разгрузки или ударах в случае, когда средняя плоскость колеса находится в наклонном положении, а зубчатый венец соприкасается с опорой.

Цель изобретения - повышение плавности и надежности работы передачи.

Поставленная цель достигается тем, что прямозубая цилиндрическая передача, содержащая зацепляющиеся между собой зубчатые колеса, у которых наружные поверхности зубчатых венцов в поперечных сечениях, проходящих через оси колес, выполнены по плавным плоским кривым линиям, расположенным симметрично средней плоскости зубчатых венцов, пересекающим торцовые плоскости зубчатых венцов в точках, лежащих на окружности, имеющей минимальный диаметр, который расположен в пределах участков, ограниченных с одной стороны окружностями, проходящими через верхние граничные точки однопарного зацепления, с другой - предельными точками с коэффициентом перекрытия, равным единице в торцовых плоскостях зубчатых венцов при зацеплении с аналогичными зубчатыми колесами. Зубчатые венцы могут быть выполнены по дугам окружностей и определены по выражениям:
Y_ш= - для шестерни,
Y_к= - для колеса.

Зубчатые венцы выполнены по параболам и определены по выражениям;
Y_ш= · X2ш

Зубчатые венцы выполнены по полуэллипсам и определены по выражениям:
Y_ш= h_мш - для шестерни,
Y_к = h_мк - для колеса.

Зубчатые венцы выполнены по кривым и определены по выражениям:
Y_ш= + - для шестерни,
Y_к= + - для колес, где b_wш, b_wk - ширина зубчатых венцов шестерни и колеса на начальных цилиндрах;
Х_ш, У_ш, Х_к, У_к - абсциссы и ординаты кривых соответственно шестерни и колеса в принятых системах координат;
h_мш, h_мк - величины модификаций головок зубьев соответственно шестерни и колеса:
h_мш= - для шестерни,
h_мк= - для колеса;
d_аш, d_ак - диаметры вершин зубьев соответственно шестерни и колеса;
d_hш, d_hk - принятые величины диаметров окружностей, на которых находятся точки пересечения (или сопряжения) плоских кривых линий с торцовыми плоскостями, минимальные величины которых принимаются в пределах колец, образуемых окружностями:
d= 2
d=
d_hш' ≅ d_hш ≅ d_hш'' - для шестерни;
d= 2
d=
d_hк' ≅ d_hк ≅ d_hк'' - для колеса, где: верхние знаки для внешнего зацепления, нижние - для внутреннего зацепления;
m - модуль зацепления;
α - угол исходного контура;
α_w - угол зацепления;
d_wш, d_wk - диаметры начальных окружностей, соответственно шестерни и колеса;
a_w - межосевое расстояние;
d_вш, d_вк - диаметры основных окружностей шестерни и колеса.

На фиг. 1 изображена прямозубая цилиндрическая передача внешнего зацепления; на фиг.2 - то же, внутреннего зацепления; на фиг.3 - разрез А-А на фиг.1 и 2 для выполнения зубчатых венцов по дуге окружности (случай 1); на фиг.4 и 5 - положение осей координат для случая 1; на фиг.6 - разрез А-А на фиг. 1 и 2 для выполнения зубчатых венцов по параболам (случай 2): на фиг.7 и 8 - положения осей координат для шестерни и колеса, выполненных для случая 2; на фиг.9 - разрез А-А на фиг.1 и 2 для выполнения зубчатых венцов по полуэллипсам (случай 3); на фиг.10 и 11 - положения осей координат для шестерни и колеса, выполненных для случая 3; на фиг.12 - разpез А-А на фиг. 1 и 2 для выполнения зубчатых венцов по кривой (случай 4); на фиг.13 и 14 - положения осей координат для шестерни и колеса, выполненных для случая 4.

Прямозубая цилиндрическая передача состоит из двух зацепляющихся зубчатых колес 1 и 2, внешнего (фиг.1) или внутреннего (фиг.2) зацепления. Колесо 1 - ведущее (шестерня), колесо 2 - ведомое. Точки 3 и 4 показывают положения граничных точек участка однопарного зацепления на линии зацепления; точки 5 и 6 - положения точек с коэффициентом перекрытия, равным единице, в торцовых плоскостях при зацеплении с аналогичными колесами.

Зубчатые венцы ведущего и ведомого колес в осевом сечении, проходящем через оси зубчатых колес, выполнены по плавным плоским линиям, расположенным симметрично средним плоскостям венцов; для случая 1 (фиг.3) - зубчатые венцы в осевом сечении выполнены по дугам окружностей и определены по выражениям:
Y_ш= - для шестерни,
Y_к= - для колеса.

Последние выражения получены из уравнений окружностей, радиуса для шестерни и радиуса - для колеса;
Х_ш² +У_ш² =R_ш² - для шестерни,
Х_к² + У_к² = R_к² - для колеса с использованием известной зависимости между длиной хорды, высотой дуги и радиусом окружности:
h_мш(2R_ш-h_мш) = - для шестерни,
h_мк(2R_к-h_мк) = - для колеса.

При 2R_ш >> h_мш и 2R_k >> h_мк имеем:
R_ш= - для шестерни,
R_к= - для колеса.

В случае, когда зубчатые венцы выполняются по параболам (случай 2), определены по выражениям:
Y_ш= - шестерни,
Y_к= - колеса.

Последние выражения получены исходя из очертания зубчатых венцов по параболе имеющей, уравнения:
У_ш =С_шХ_ш² - для шестерни,
У_к = С_кХ_к² - для колеса.

В принятой системе координат (фиг.7 и 8) при
X_ш= ; Y_ш= h_мш; C_ш= - для шестерни,
X_к= ; Y_к= h_мк; C_к= - для колеса.

В принятой системе координат (фиг.7 и 8 ), диаметры d_hш, d_hk и величины модификаций h_мш, h_мк определяются по тем же формулам, что и для случая 1.

В случае, когда зубчатые венцы выполняются по полуэллипсам (случай 3) и определены по выражениям:
Y_ш= h_мш - для шестерни,
Y_к= h_мк - для колеса.

Последние выражения получены, если в принятой системе координат (фиг.10 и 11) у полуэллипса принять:
h_мш, h_мк - величины малых полуосей полуэллипсов шестерни и колеса;
, - величины больших полуосей полуэллипсов шестерни и колеса.

Величины модификаций h_мш, h_мк и диаметры окружностей d_hш^l, d_hk^ll, d_hш^ll, d_hк^ll определяются по тем же формулам, что и для случаев 1 и 2.

В этом случае, при выполнении зубчатых венцов по полуэллипсам, зубчатые венцы шестерен и колес требуют своего режущего инструмента (фасонной фрезы), или копира (при токарной обработке), и своего контрольного инструмента (скобы). Однако при применении этого вида модификации зубчатого венца сопряжение наружной поверхности зубчатых венцов с торцовыми плоскостями получается плавным, с что снижает вероятность забоин по сравнению с острым переходом, имеющими место в случаях 1 и 2.

При выполнении зубчатых венцов по плоской кривой вида (случай 4);
Y = C( + )
в выбранной системе координат (фиг.13 и 14) имеем: при Х'=0, Y′= C при X″ = , Y″ = 2C= 1,4C
Y″ - Y′ = 0,4C, тогда C =
Окончательно:
Y_ш= + - для шестерни,
Y_к= + - для колеса.

Величины модификации h_мш, h_мк и диаметры окружностей d_hш', d_hk', d_hш'' и d_hk'' определяются по тем же формулам, что и для предыдущих случаев.

При выполнении зубчатых венцов по кривой (случай 4), венцы шестерни и колеса требуют своего режущего инструмента (фасонной фрезы) или копира (при токарной обработке) и своего специального контрольного инструмента. Но при случае 4, также как и при случае 3, наружные поверхности зубчатых венцов с торцовыми плоскостями сопрягаются плавно, что снижает вероятность получения забоин.

Как видно из описания, каждый из случаев выполнения зубчатых венцов колес прямозубой цилиндрической передачи имеет как свои достоинства, так и недостатки.

Особенностью предложенных случаев является: у случая I - исполнение радиуса кривизны в осевом сечении зубчатого колеса в вершине зуба (в плоскости симметрии), равным R, у случая 2 - радиус кривизны в этой точке равен 2R, у случая 3 - радиус кривизны в этой точке равен 2R, у случая 4 - исполнение радиуса кривизны в этой точке стремиться к ∞ .

Исходя из этого, получаем рекомендуемые области применения предлагаемых случаев передач: случай 1 - для узких колес низкой и средней степени точности, т.к. для увеличения их прочности при изгибе важно снять концентрацию нагрузки у вершины зуба; случай 2 - для передач с широкими зубчатыми венцами колес низкой и средней точности; случай 3 - для передач с широкими зубчатыми венцами средней точности; случай 4 - для передач высокой точности, для которых концентрация нагрузки по длине зуба мала.

Выполнение прямозубых цилиндрических передач по предлагаемым случаям обеспечивает снижение веса штампованных и литых заготовок для зубчатых колес, за счет наибольшего приближения форм зубчатых венцов к форме штампованных и литых заготовок, снижение веса самих зубчатых колес, увеличение долговечности инструмента для нарезания, за счет снижения объема снимаемой при зубофрезеровании (зубодолблении) стружки, увеличение плавности работы, за счет уменьшения диапазона изменения общей длины контактных линий зацепления и более быстрой приработки зубьев в области пересопряжений, увеличение надежности передач по изгибу зубьев, за счет уменьшения вредного влияния концентрации нагрузки по длине зуба при приложении ее в наиболее опасной зоны - вершине зуба, получить передачу, свободную от забоин наружных поверхностей.

Использование: для передачи движения с заданным передаточным числом в условиях повышенных требований к плавности и надежности работы. Цель изобретения - повышение плавности и надежности передачи. Поставленная цель достигается плавным изменением суммарной длины контактных линий, выполнением наружных поверхностей зубчатых венцов по плоским кривым линиям: дугам окружностей, параболам и другим линиям, которые определены по выражениям в координатной форме. 4 з.п. ф-лы, 14 ил.

1. ПРЯМОЗУБАЯ ЦИЛИНДРИЧЕСКАЯ ПЕРЕДАЧА, содержащая зацепляющиеся между собой зубчатые колеса, отличающаяся тем, что наружные поверхности зубчатых венцов в поперечных сечениях, проходящих через оси колес, выполнены по плавным плоским линиям, расположенным симметрично средней плоскости зубчатых венцов, пересекающим торцевые плоскости зубчатых венцов в точках, лежащих на окружности, имеющей минимальный диаметр, который расположен в пределах участков, ограниченных с одной стороны окружностями, проходящими через верхние граничные точки однопарного зацепления, с другой - предельными точками с коэффициентом перекрытия, равным единице в торцевых плоскостях зубчатых венцов при зацеплении с аналогичными зубчатыми колесами. 2. Передача по п.1, отличающаяся тем, что зубчатые венцы выполнены по дугам окружностей и определены выражениями
Y_ш= - для шестерни/
Y_к= - для колеса/
где X_ш, X_к, Y_ш, Y_к - координаты окружностей для венцов шестерни, и колеса в принятой системе координат;
B_wш, b_wк - ширина зубчатых венцов шестерни и колеса на начальных цилиндрах;
h_мш, h_мк - величины модификаций головок шестерни и колеса. 3. Передача по п.1, отличающаяся тем, что зубчатые венцы выполнены по параболам и определены выражениями
Y_ш= · X2ш

4. Передача по п.1, отличающаяся тем, что зубчатые венцы выполнены по полуэллипсам и определены выражениями
Y_ш= h_мш - для шестерни/
Y_к = h_мк - для колеса/
где X_ш, X_к, Y_ш, Y_к - координаты полуэллипсов для венцов шестерни и колеса в принятой системе координат.

5. Передача по п.1, отличающаяся тем, что зубчатые венцы выполнены по кривым и определены выражениями
Y_ш= + - для шестерни,
Y_к= + - для колеса,
где X_ш, X_к, Y_ш, Y_е - координаты кривых для венцов шестерни и колеса в принятой системе координат.